激光雕刻技术在艺术创作中的应用

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【内容摘要】科学技术不断发展，与艺术创作的结合越来越紧密，先进的高科技制造技术为艺术作品的实现助力，已经成为一种趋势。文章通过高校多个艺术设计专业创作对激光雕刻技术的需求，归纳出激光雕刻技术的“三阶段”标准操作及流程，并通过实验分析总结不同雕刻材料的加工特性以及激光雕刻设备的参数设置，以此提高激光雕刻技术在艺术创作中的运用效率。

【关键词】激光雕刻艺术创作应用研究

科艺融合是当今跨学科协作的重要内容，随着文化创意产业的不断推进和深度发展、融合，各种高新科技数字化的加工手段层出不穷，从数控加工中心到高功率无间断激光切割，再到增材制造的3D打印，以往从电脑上的海量创意模型变为现实中有材质、有触感的实体模型的输出路径也在不断拓宽并延伸。与此同时，焦虑和质疑也开始不断涌现，如何让理论和实践相对接、让传统和现代相融合、让手工工艺与数字化加工手段相匹配、让技术为艺术创作助力，是科艺融合实验课程改革的重中之重。作为科艺融合主要阵地的艺术类高校，中国美术学院通过实验场地的空间规划、高科技设备的论证选型配置、实验师资团队的选拔培养、跨专业共享制度的确立等一系列工作，尽力为师生的艺术创作提供强而有力的科技后盾。其中，激光雕刻实验室作为数字化模型输出实验室群的重要组成部分[1]，与师生艺术创作的融合日趋紧密，设备使用率较高，在使用的过程中积累了一定量的数据和高效使用设备的方式和方法。

一、艺术创作对激光雕刻技术的需求

激光加工作为一种重要的多材质加工技术，最初应用于工业生产领域。激光雕刻技术属于激光加工的一种，是利用高功率密度的聚焦激光光束作用在材料表面或内部，使材料气化或发生其他物理变化，通过控制激光能量、光斑大小、运动轨迹和速度等参量使材料呈现出要求的图形图案[2]。由于其高效、便捷的操作和优良的加工质感，近些年来，在艺术创作领域也开始得到广泛认可和应用[3]。中国美术学院实验教学管理部已经建成完备的数字化模型加工实验室群，开设的激光雕刻实验课程近几年来累计接待7个学院——绘画艺术学院、雕塑与公共艺术学院、跨媒体艺术学院、设计艺术学院、手工艺术学院、影视与动画艺术学院、建筑艺术学院；17个专业系别的师生，包括版画系、公共空间艺术系、纤维艺术系、实验艺术系、平面设计系、染织与服装设计系、工业设计系、影视系等。学生层次从本科、硕士研究生到博士研究生。在具体的激光实验过程中，不同学院、不同专业对激光雕刻的需求既有共性，也有差异，主要与创作的具体模型密切相关。经过多年的教学及实践，笔者将其分为以下几类。第一类是传统技艺的现代表达，主要面向版画系和漆艺艺术设计系的师生。传统的木刻版画的制版用手工雕刻而成，现在借助激光雕刻技术，可以在电脑中完成创作的图形，用激光扫描技术对木板进行灼烧，精准控制保留和雕刻的区域和深度，最终形成可供拓印的凹凸表面；传统的漆艺镶嵌需要制作的小而精细的嵌片也是用工具手工制作而成，现在借助激光快速切割能力，能高效、精确地实现各种复杂图形的实物化。第二类是影视动漫的场景设置，主要面向影视系和动画系的师生。在各种场景的实物完成过程中，借助激光技术可以完成一定规格和尺寸的道具和模型的制作。第三类是公共艺术的成品展示，主要面向公共空间艺术系和实验艺术系的师生。相比其他专业的创作，公共艺术的展示模型尺寸较大，需要对模型进行一定分解，借助激光技术对材料表面的灼伤可以形成特殊的表面肌理，对尺寸的精确加工输出也能保证大型模型的组装精度。第四类是电脑模型的立体呈现，主要面向平面设计系、染织与服装设计系、工业设计系、综合设计系、设计艺术学系、建筑艺术系等专业师生，这也是激光技术需求最大的群体。其创作的流程如下：将电脑软件里创作的矢量模型，经过尺寸缩放、整体分解、矢量化输出等步骤后，借助激光技术将模型的零件进行快速加工，最后组装成立体成品。不同系别对于创作各有侧重：平面设计、染织与服装设计等专业侧重于平面创作的立体表达，利用激光技术完成可翻转、可扭曲、可折叠、可拉伸、可连接的结构创作；工业设计、综合设计等专业侧重于产品或者场景模型的打样和迭代优化；建筑艺术、城市设计等专业侧重于空间模型的穿插结构、连接方式和整体呈现；环境艺术、景观艺术等专业则侧重于景观场景的搭建和营造。所有专业对激光技术需求的共性就是方便、高效、快捷、精确地完成各种材料的切割或者扫描任务。为了提高激光雕刻实验室的服务质量，让师生更加熟练地运用激光技术，我们采用了多种教学方法和手段，如激光技术教学讲义的编写、从电脑文件到激光成品的制作过程视频录制、各种加工材料和成品的展示等，以此打开学生利用激光技术进行艺术创作的视野。

二、激光雕刻技术的流程及参数设置

（一）激光雕刻技术的流程

激光雕刻的流程分为三个阶段，分别为制作文件准备、激光设备操作和控制软件设置，使用设备为卓泰克speedy400。1.制作文件准备：绘制矢量图形的文件，建议用CAD、AI、Coreldraw等软件进行绘制，导入到打印输出软件中后，首先核对尺寸，一般以mm为单位，注意必须小于设备工作台的加工面积，然后删除重线、修复断线，再根据加工的顺序修改图形的颜色（如先切割内含图形，再切割外部图形；先图形扫描、再轮廓切割），一般颜色的固定顺序是：黑色、红色、蓝色。接下来，选取加工图形后点击“选择打印”按钮，弹出打印的界面，在此界面中，先在属性栏中修改打印图形的尺寸，然后在“打印范围”中点击“选择”按钮，这时图形将输入激光雕刻机的控制软件中并开始工作。2.激光设备操作：将材料放置于设备加工台面左上角，x轴和y轴方向均要对齐设备刻度线，材料左上角对准零点。材料要注意保持平整，如果高低不平，需要在边缘用胶带粘贴等方式将材料展平。然后通过控制面板调节x轴和y轴的运动，将激光反射器移动至左上角，检查激光束光斑是否能照至材料左上角；确认无误后，在z轴方向上对材料进行对焦调整。3.控制软件设置：打开激光雕刻机的控制软件，将控制软件与激光设备相连接，然后将已经在软件界面右侧的加工图形拖动至左侧界面的左上角，点击页面空白处，设置加工速度和功率大小。这三个步骤环环相扣，不能有一步缺失，才能保证激光雕刻工作的顺利进行。

（二）激光雕刻技术的参数设置

对于激光控制软件中所有的参数的精确设置，必须经过大量的实物测试，不断调整、优化，最终形成可靠的加工数据。首先，必要保证加工材料材性的稳定，如多层实木复合板材的含水率不能高于12%、所有加工材料的表面和底面都必须平整无翘曲等。其次，严格根据材料种类和厚度，调整各项参数的数值。这一系列实验要达到良好的切透加工效果，需要进行如下参数设置。1.木材类：此材料是各专业师生最广泛使用的激光创作材料，分为实木和人造板：常用的实木选取落叶松、黑胡桃和榉木三种木材（材料密度依次增加），材料厚度选取1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm，其中落叶松对应能量参数设置为30%、40%、40%、55%、70%、70%，速度参数设置为0.9、0.8、0.5、0.3、0.3、0.2；黑胡桃对应的能量参数设置为30%、40%、40%、60%、70%、70%，速度参数设置为0.8、0.7、0.4、0.4、0.25、0.2；榉木对应能量参数设置为30%、40%、43%、62%、70%、70%，速度参数设置为0.7、0.6、0.4、0.3、0.25、0.2。常用的人造板包括多层板和纤维板，其中多层板材料的厚度选取2mm、3mm、4mm、5mm、6mm，对应的能量参数设置为30%、32%、35%、38%、45%，速度参数设置为0.8、0.6、0.5、0.4、0.3；纤维板的厚度选取3mm、5mm，对应能量参数设置为42%、60%，速度参数设置为0.3、0.2。2.塑料类：常用的材料以有机玻璃为主，材料的厚度选取1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm，对应的能量参数设置为30%、35%、45%、48%、55%、55%，速度参数设置为0.8、0.5、0.4、0.3、0.3、0.2。3.其他类：常用的材料有卡纸和毛毡，卡纸的厚度选取0.3mm、1mm、2mm，对应的能量参数设置为20%、25%、30%，速度参数设置为2.5、1.4、0.8；毛毡的厚度选取3mm，对应能量参数设置为20%，速度参数设置为1.3。参数设置说明：这些数据的确定与激光设备的功率和型号及使用的频率和年限相匹配，其中，功率的变化范围是1%-100%；速度的变化范围是0.1-100，对应速度是3.55mm/s-3550mm/s，在实际的测试过程中，最高的速度只是在理想状态下刻线加工可以达到，考虑到设备的加速度，真实加工的速度受矢量图形复杂程度的影响而比理论速度有所降低。通过这些参数可以得出以下结论：一是同种材料，随着材料厚度的增加，激光切割的功率逐步增加、速度逐渐下降；二是不同种类的实木，切割的功率和速度与材料的密度紧密相关，一般情况下，同样厚度的不同实木，随着材料密度的增加，激光切割的功率逐步增加、速度逐渐下降。这些参数为师生的激光创作提供了可参考的数据，可以根据这些数据的规律对其他非金属材料进行尝试性的切割或者扫描。

结语

激光雕刻技术只是艺术创作中高频运用的技术之一，和常规加工相比，其给予艺术创作者高精度、高效率的切割和表面扫描体验。由于不同材料的本身特性，能被激光赋予不同的烧灼质感，呈现特殊的、专有的激光颜色和肌理，形成独特的“激光艺术”。但是，正如没有一种技术是万能的，激光技术也不例外，对于高厚度、多材质、三维异形的创作作品的加工实现，并不是激光技术的长处所在，还需加入CNC雕刻（数控加工）技术[4]和增材制造（3D打印）技术，以形成比较完整的数字化模型制作的设备群，并且合理规划，使之互相配合、互相补位，才能使各种艺术创作的模型精度、完成效率、成品质感得到极大提升，为下一步模型的优化和创意的落地打下坚实的基础。（注：本文为2017年中国美术学院重点高校建设“未来之家”生活方式研究项目成果）

参考文献:

[1]沈建，胡惠君，吴屹，何亚平.艺术类高校数字化模型输出实验室建设的研究[J].艺术科技，2016（11）.

[2]叶建斌，戴春祥.激光切割技术[M].上海：上海科学技术出版社，2012．

[3]吴树玉.激光雕刻技术在艺术首饰中的应用及创作实践[J].宝石和宝石学，2016（11）．

[4]沈建.艺术类高校CNC雕刻实验课程建设研究[J].美术教育研究，2017（11）.

作者：沈建 吴屹 李松冰 单位：中国美术学院